73
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE DIPLOMSKI RAD Mentor: Prof. dr. sc. Izvor Grubišić Nikola Mateša Zagreb, 2010.

DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

  • Upload
    others

  • View
    10

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU 

FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE 

 

 

 

 

 

 

 

DIPLOMSKI RAD 

 

  

Mentor: 

Prof. dr. sc. Izvor Grubišić            Nikola Mateša 

 

 

Zagreb, 2010.   

Page 2: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

IZJAVA 

   Izjavljujem da sam diplomski rad  izradio potpuno samostalno, koristeći se  literaturom  i  znanjem stečenim tijekom studija na fakultetu strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Zagrebu, i  na  temelju  vlastitih  istraživanja  i  proučavanja  literature  uz  nadzor mentora  prf.  Dr.  Izvora Grubišića. 

 

 

Nikola Mateša 

U Zagrebu 1. srpnja 2010. 

Page 3: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU 

FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE 

 

 

 

 

 

 

 

DIPLOMSKI RAD 

 

  

Mentor: 

Prof. dr. sc. Izvor Grubišić            Nikola Mateša 

 

 

Zagreb, 2010.   

Page 4: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

IZJAVA 

   Izjavljujem da sam diplomski rad  izradio potpuno samostalno, koristeći se  literaturom  i  znanjem stečenim tijekom studija na fakultetu strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Zagrebu, i  na  temelju  vlastitih  istraživanja  i  proučavanja  literature  uz  nadzor mentora  prf.  Dr.  Izvora Grubišića. 

 

 

Nikola Mateša 

U Zagrebu 1. srpnja 2010. 

Page 5: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

I

SAŽETAK

U radu je prikazana konstrukcija nadgrađa od kompozitnih materijal kao alternativa

aluminijskom nadgrađu. Na početku rada opisani su materijali za izradu polimernih

kompozita, njihova mehanička i konstruktivna svojstva, te primjena. Također su uspoređeni

sa ostalim konstrukcijskim materijalima u brodogradnji kako bismo vidjeli prednosti njihove

primjene. Konstrukcija je rađena na osnovi dva konstrukcijska materijala: stkloplastika,

sendvič paneli sa PVC pjenom kao jezgrom i stakloplastičnim laminatom kao površinskim

slojem.

Analizirana je mogućnost primjene balističke zaštite nadgrađa i to sa S2-staklenim

vlaknima te izračunate mase za pojedine stupnjeve zaštite. Predložen je i način spoja sendvič

konstrukcije sa metalnim trupom broda. Za projekt konstrukcije korištena su pravila LR

Secial Service Craft i računalni program LR SSC v.5.0.4. Dobiveni rezultati su uspoređeni sa

postojećim projektom patrolnog broda Bakar.

Page 6: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

II

SADRŽAJ 1.  Uvod ............................................................................................................................ 1 

1.1  Općenito o patrolnom brodu ................................................................................ 1 

2.1  Patrolni brod Bakar .............................................................................................. 2 

2.  Kompozitni materijali .................................................................................................. 4 

2.1  Vlakna .................................................................................................................. 6 

2.2.1  Staklena vlakna ............................................................................................. 9 

2.1.2 Ugljična vlakna ................................................................................................. 10 

2.1.3 Aramidna vlakna .............................................................................................. 12 

2.1.4  Hibridna vlakna ........................................................................................... 13 

2.1.5  Keramička vlakna ....................................................................................... 13 

2.1.6  Usporedba najvažnijih svojstava vlakana ................................................... 14 

2.2  Matrica ............................................................................................................... 15 

2.2.1  Polimerne matrice ....................................................................................... 16 

2.3  Usporedba vlaknima ojačanih kompozita sa ostalim konstrukcijskim

materijalima .......................................................................................................................... 20 

3.  Računalni program Lloyds register SSC v5.0.4 ........................................................ 24 

4.  Konstrukcija nadgrađa od stakloplastike ................................................................... 28 

4.1  Korišteni materijali ............................................................................................. 28 

4.2 Proračun konstrukcije od stakloplastike ................................................................... 32 

5.  Konstrukcija trupa od naprednog kompozita ............................................................. 38 

5.1  Materijali i vrsta konstrukcije ............................................................................ 38 

5.1  Proračun konstrukcije od sendvič kompozita ..................................................... 41 

6.  Masa i centracija ........................................................................................................ 45 

6.1  Masa i centracija stakloplastičnog nadgrađa ...................................................... 45 

6.2  Masa i centracija nadgrađa od Sendvič konstrukcije ......................................... 48 

7.  Protubalistička zaštita ................................................................................................ 51 

Page 7: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

III

8.  Spoj kompozitnog nadgrađa sa metalnim trupom ..................................................... 56 

9.  Usporedba dobivenih rezultata sa projektom patrolnog broda Bakar ....................... 59 

10.  Zaključak ................................................................................................................ 61 

12.  Literatura ................................................................................................................ 62 

Page 8: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

IV

POPIS SLIKA

Slika 1.1 Patrolni brod sa kompozitnom protubalističkom zaštitom ................................... 1 

Slika 1.2 Opći plan ‐ Bakar .................................................................................................... 3 

Slika 2.1 [2] usporedba osnovnih tipova kompozita: kompoziti sa česticama, kompoziti sa 

vlaknima, slojeviti kompoziti ...................................................................................................... 4 

Slika 2.1 [3] Aramidna vlakna ............................................................................................. 12 

. Slika 3.1 Prikaz opterećenja na trup broda – LR SSC ........................................................ 24 

. Slika 3.2 Prikaz izbornika za unos osnovnih podataka o plovilu ...................................... 25 

. Slika 3.3 Prikaz izbornika za definiranje ukrepe ............................................................... 26 

Slika 3.4 Prikaz tablice usporedbe stvarnih i dozvoljenih naprezanja ............................... 27 

Slika 4.1 Stakleni mat (pust) ............................................................................................... 29 

Slika 4.2 [3] Različite vrste tkanja rovinga .......................................................................... 29 

Slika 4.3 Roving ................................................................................................................... 30 

Slika 4.4 3‐D model nadgrađa – pogled sprijeda ................................................................ 32 

Slika 4.5 3‐D model nadgrađa – pogled sa krme ................................................................ 33 

Slika 4.6 3‐D model polovice strukture boka ..................................................................... 34 

Slika 4.7 3‐D model strukture palube ................................................................................. 35 

Slika 4.8 3‐D model strukture krova nadgrađa .................................................................. 35 

Slika 4.9 3‐D model strukture krova nadgrađa .................................................................. 36 

Slika 4.10 3‐D model strukture stražnjeg dijela nadgrađa sa prednjom pregradom ......... 37 

Slika 5.1 [13] Shematski prikaz saćaste sendvič konstrukcije ............................................ 39 

Slika 5.2 Divinycell H100 – jezgra ....................................................................................... 40 

Slika 5.3 Struktura profila sa debljinama ........................................................................... 41 

Slika 5.4 Struktura Sendviča sa debljinama i mehaničkim karakteristikama pojedinog sloja

 .................................................................................................................................................. 42 

Slika 5.5 3‐D model konstrukcije nadgrađa od sendvič konstrukcije ................................. 44 

Slika 6.1 Tablica sa svojstvima laminata izračunata računalnim programom LR SSC ........ 45 

Slika 6.2 3‐D model nadgrađa od stakloplastike za proračun masa i centraciju ................ 46 

Slika 6.3 Tablica sa svojstvima sendvič laminata (LR SSC) .................................................. 48 

Slika 6.4 Tablica sa svojstvima Okvira (LR SSC) .................................................................. 48 

Slika 6.5 3‐D model nadgrađa za proračun mase i centracije ............................................ 49 

Page 9: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

V

Slika 7.1 [10] Usporedba veličine streljiva sa AA baterijom ............................................... 52 

Slika 7.2 [12] Rezultati V50 testa s obzirom na gustoću za različite vrste kompozita ....... 53 

Slika  7.3  [12]  Rezultati  V50  testa  s  obzirom  na  debljinu  kompozita  za  različite  vrste 

kompozita ................................................................................................................................. 53 

Slika 8.1 [14] Različite vrste spojeva za sendvič strukture ................................................. 57 

Page 10: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

VI

POPIS TABLICA 

Tablica 2.1 [3] Svojstva keramičkih vlakana ....................................................................... 13 

Tablica 2.2 [3] Usporedba najvažnijih mehaničkih svojstava između vlakana .................. 14 

Tablica 2.3 [3] Mehanička svojstva materijala matrice ...................................................... 15 

Tablica 4.1 Konstrukcijski pritisci na pojedine dijelove strukture ...................................... 33 

Tablica 5.1 [5] Gustoća i čvrstoća jezgri od polimernih pjena ........................................... 38 

Tablica 5.2 Struktura nadgrađa .......................................................................................... 43 

Tablica 6.1 Masa i centracija nadgrađa od stakloplastike .................................................. 47 

Tablica 6.2 Masa i centracija nadgrađa od Sendvič panela ............................................... 50 

Tablica 7.1 Masa nadgrađa za pojedine stupnjeve zaštite ................................................ 55 

Tablica 9.1 Masa nadgrađa za pojedine stupnjeve zaštite ................................................ 59 

Page 11: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

VII

POPIS DIJAGRAMA

Dijagram 2.1 [3] zastupljenost pojedine vrste vlakana u brodograđevnoj industriji ........... 8 

Dijagram 2.2 odnosi naprezanja i deformacija različitih vrsta vlakana .............................. 14 

Dijagram 2.3 [3] Vlačna čvrstoća i modul elastičnosti različitih vrsta smola ..................... 17 

Dijagram 2.4 [3] Naprezanje‐deformacija do loma različitih vrsta smola  ......................... 17 

Dijagram 2.5 [5] Upotreba različitih vrsta smola u proizvodnji brodograđevnih dijelova . 19 

Dijagram 2.6 [3] vlačna čvrstoća različitih vrsta konstrukcijskih materijala ...................... 20 

Dijagram 2.7 [3] vlačni modul različitih vrsta konstrukcijskih materijala .......................... 21 

Dijagram 2.8 [3] specifična gustoća  različitih vrsta konstrukcijskih materijala ................ 22 

Dijagram 2.9 [3] specifična vlačna čvrstoća  različitih vrsta konstrukcijskih materijala .... 23 

Dijagram 2.10 [3] specifična vlačni modul  različitih vrsta konstrukcijskih materijala ...... 23 

Page 12: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

1

1. Uvod 

1.1 Općenito o patrolnom brodu

Zadaća patrolnih plovila je zaštita nacionalnih voda, ne samo u blizini obale već i

zaštićenih gospodarskih područja. Tako široki spektar zadaća uvjetuje i raspon istisnina od

3000 (za velike oceanske patrolne brodove) do samo 30 tona za male priobalne čamce.

Zajedničko im je da su projektirani kako bi onemogućili ilegalni ulazak u štićeno područje i

djelovanje unutar njih, bez obzira na to radi li se o krijumčarenju, piratstvu ili ribolovu. Dok

je borba protiv ilegalnog ribolova uglavnom slična policijskim dužnostima, borba protiv

krijumčara i pirata često više nalikuje borbenom djelovanju.

Mogu biti u sustavu Ratne mornarice, obalne straže ili policije te se mogu koristiti u

službi spašavanja. Morski patrolni brodovi su oko 30 m dužine te su obično opremljeni

jednim topom srednjega kalibra kao glavno oružje te lakšim sekundarnim naoružanjem

kao što su strojnice i oružje za blisku borbu. Ovisno o ulozi, plovila u ovoj klasi

mogu biti opremljeni sofisticiranim senzorima te sistemom za kontrolu paljbe koji im

omogućuje da nose torpeda, protu brodske i protuzračne rakete.

Njegova mala veličina i relativno mala cijena čini ga jednim od najčešćih tipova

ratnog broda u svijetu.

Slika 1.1 Patrolni brod sa kompozitnom protubalističkom zaštitom

Page 13: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

2

2.1 Patrolni brod Bakar

Bakar je patrolni brod tvrtke Adria-Mar brodogradnja d.o.o. Glavni zadaci su nadziranje

i zaštita teritorijalnih voda i ekskluzivnih ekonomskih zona (EEZ), nadzor brodovlja i

plovidbe, misije traženja i spašavanja na moru, nadzor i kontrola onečišćenja, transport

oružanih snaga i opreme, lakše borbene zadaće.

Glavne karakteristike i značajke:

Loa = 31,55 m Lwl = 28,25 m

B = 6,49 m T = 1,60 m

H = 4,06 m

Dmax = 124 t P = 3480 kW

vmax = 30 čv vk = 15 čv

Posada je 12 članova + 4 gosta, doplov mu je 1000 nm pri brzini od 15 čv, autonomija do

10 dana, a puna operabilnost mu je do stanja mora 4. Naoružan je jednim Kongsberg Sea

Protector 12.7 mm sa žirostabilizacijom i upravljanjem paljbom te dvije strojnice 12.7 mm.

U originalnoj izvedbi trup mu je građen od čelika po pravilima Lloyds registra (SSC), dok mu je nadgrađe od aluminija. Pogonjen je sa dva četverotaktna MTU 12V 396 TE94 motora ukupne snage 3480 kW.

Page 14: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

3

Slika 1.2 Opći plan - Bakar

Page 15: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

4

2. Kompozitni materijali 

Kompozitni materijali sastoje se od dva osnovna konstituenta: vlakna i matrice koji čine

slojeve koji su međusobno povezani i tako čine višeslojni kompozit (laminat). Vlakna su

nosivi element kompozita i daju mu čvrstoću, dok matrica drži vlakna zajedno, ima važnu

funkciju prijenosa opterećenja na vlakno, daje vanjsku formu kompozita, definira njegovo

ponašanje obzirom na djelovanje atmosferskih uvjeta itd.[1]. Najčešće upotrebljavani

kompozitni materijali mogu se podijeliti u tri glavne grupe:

- Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

najzastupljeniji tip kompozita u kojima se koristi matrica na bazi polimera, a ojačani

su različitim vrstama vlakana kao što su staklo, ugljik i armaidi.

- Kompoziti sa metalnom matricom (MMC-Metal Matrix Composites) – ovdje se

kao matrica koriste metalni materijali, kao što je aluminij, te ojačala kao što je silicij

karbida. Koristi se u automobilskoj industriji.

- Kompoziti sa keramičkom matricom (CMC-Ceramic Matrix Composites) – ovdje

se kao matrica koriste keramički materijali dok se kao ojačala koriste kratka vlakna

napravljena od silicij karbida i bor nitrida. koriste se u okolini gdje se javlja visoka

temperatura.

Također mogu se razvrstati kao : kompoziti sa česticama, vlaknima ojačani kompoziti ,

slojeviti kompoziti i sendvič konstrukcije. Na slici 2.1 [2] prikazana je usporedba takve

podjele kompozita.

Slika 2.1 [2] usporedba osnovnih tipova kompozita: kompoziti sa česticama, kompoziti sa vlaknima,

slojeviti kompoziti

Page 16: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

5

Ukupno ponašanje kompozita će ovisiti o:

1. Svojstvima matrice i ojačala,

2. Veličini i raspodjeli konstituenta

3. Volumnom udjelu konstituenta

4. Obliku konstituenta

5. Prirodi i jakosti veze među konstituentima

 

Za ovaj diplomski rad tematski su isključivo relevantni vlaknima ojačani polimeri

(kompoziti) koji zbog svojih svojstava su zanimljivi kod primjene u brodograđevnoj

industriji. Materijali matrice kao što su epoksidne i poliesterske smole imaju ograničenu

upotrebu pri izradi struktura pošto njihova mehanička svojstva nisu visoka u usporedbi sa

većinom metala. No naravno imaju neka odlična svojstva kao što je mogućnost oblikovanja u

složene oblike.

Materijali kao što su staklo, aramid ili bor imaju visoki modul elastičnosti i vlačnu

čvrstoću ali u “čvrstoj formi“ ta svojstva nisu izražena. To je zbog činjenice da kada je

materijal opterećen, od slučajnih mikroskopskih površinskih pukotina će se na materijalu

stvoriti veće pukotine i doći će do loma materijala i to ispod njegove točke loma. Materijal se

izrađuje u obliku vlakana te se kombinirajući sa matricom mogu dobiti željena svojstva

kompozita.

Glavne karakteristike kompozita su:

mala gustoća

visoka čvrstoća

visoka krutost

visoka žilavost

samogasiva i antikorozivna svojstva

postojanost prema većini kiselina i lužina

visoka otpornost na koroziju

velika mogućnost prigušenja vibracija

odlična otpornost na zamor (u usporedbi sa većinom metala)

Page 17: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

6

2.1 Vlakna

Mehanička svojstva kompozita kao što su čvrstoća i krutost ovise vlaknima. Osnovni

zadatci vlakana su da prihvati opterećenje (kod konstrukcijskih kompozita vlakna nose 70-

90% opterećenja), da osiguraju čvrstoću krutost i toplinsku stabilnost te da osiguraju

električnu vodljivost ili izolaciju ovisno o namjeni kompozita. Vlakna trebaju biti čvrsta,

kruta i lagana, a također trebaju imati visoko talište.

Vlakna moraju biti čvrsta, kruta i lagana, a također moraju imati visoko talište.

Specifična čvrstoća i specifični modul elastičnosti materijala definirani su izrazima:

Specifična čvrstoća = Rm(Re)/ρ,

Specifični modul elastičnosti = E/ ρ, 

gdje su: E – modul elastičnosti

Rm – vlačna čvrstoća,

Re – granica razvlačenja,

ρ – gustoća.

Kao materijali za vlakna preferiraju se materijali visokog specifičnog modula elastičnosti

ili specifične čvrstoće.

U uporabi su vrlo raznoliki materijali ojačala da bi se dobila željena svojstva kompozita.

Na osnovi staklenih vlakana ugrađenih u polimernu matricu dobiva se kompozit pogodan za

primjenu u brodogradnji i zrakoplovstvu. Vlakna od bora, ugljika i polimera osiguravaju

izrazito ojačavanje. U tablici 2.1 mogu se vidjeti mehanička svojstva materijala vlakna.

Page 18: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

7

Tablica 2.1 [1] Osnovna mehanička svojstva ojačala (vlakana)

Vrsta VlaknaGustoća 

[kg/m3]

Modul 

elastičnosti 

[Gpa]

Vlačna 

čvrstoća [Gpa]

Specifični 

modul 

Specifična 

čvrstoća

Poliester 1,38 11 1 8 0,72

E‐staklo 2,54 72 3,4 2,8 1,34

S‐staklo 2,49 86 4 34 1,57

Kevlar 49 1,45 130 3,6 90 2,48

Kevlar 29 1,44 69 2,9 49 2,02

Ugljična 

vlakna visoke 

čvrstoće (HS)

1,74 277 3,1 30 1,77

Ugljična 

vlakna visokog 

modula (HM)

1,81 390 2,1 215 1,16

Danas se najviše koriste ugljična i staklena vlakna. Zastupljenost pojedinih vlakana s

obzirom na konstrukcijske dijelove broda je prikazan na dijagramu 2.1 [2]. Staklenim

vlaknima ojačani kompoziti su količinski najzastupljenija ojačala, a upotrebljavaju se u

gradnji svih vrsta tipova čamaca i malih brodova, dijelova nadgrađa, cijelih nadgrađa kod

većih brodova, opreme i uređaja kao što su vrata, okviri brodskih prozora, pokrovi grotala,

tankovi, spremnici, itd. Ovako rasprostranjenoj primjeni ovaj materijal treba zahvaliti vrlo

dobrim fizičko-mehaničkim svojstvima kao što su:

1. Visoki omjer čvrstoća/težina – čvrste i lake konstrukcije

2. Mogućnost izrade velikih i složenih oblika iz jednoga dijela

3. Mogućnost gradnje i primjene na licu mjesta i zbog toga ekonomičnija gradnja

4. Variranje debljine po potrebi kod kompliciranih oblika

5. Otpornost na koroziju

6. Lako održavanje i jednostavni popravci

7. Nemagnetičnost i elektroizolaciona svojstva

8. Promjena mehaničkih svojstava unutar vrlo širokih granica

9. Kod gotovih proizvoda nema krivljenja, stezanja ili pucanja

10. Ima nisku toplinsku vodljivost

Page 19: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

8

Dijagram 2.1 [3] zastupljenost pojedine vrste vlakana u brodograđevnoj industriji

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

E‐staklo za trup

E‐staklo za palube

E‐staklo za dijelove

Ugljična vlakna za trup

Ugljična vlakna za palube

Ugljična vlakna za dijelove

Kevlar za trup

Kevlar za palube

Kevlar za dijelove

Hibridi za trup

Hibridi za palube

Hibridi za dijelove

Term

oplastična vlakna za trup

Term

oplastična vlakna za palube

Term

oplastična vlakna za dijelove

Page 20: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

9

2.2.1 Staklena vlakna 

Najviše upotrebljavana ojačala za kompozite. Glavne prednosti upotrebe staklenih

ojačanja u kompozitima jesu: visoka čvrstoća, mala težina, dimenzijska stabilnost, postojanost

na povišenu temperaturu i koroziju, dobra električna svojstva te relativno jednostavna

proizvodnja te stoga i niska cijena (u odnosu na druge vrste ojačala).

Staklena vlakna dobivaju se raznim tehnološkim postupcima iz staklene taline. Staklena

vlakna razlikuju se po kemijskom sastavu i svojstvima koje označuju slova:

E – niska električna provodljivost

C – kemijska postojanost

S – visoka čvrstoća

M – visoki modul rastezljivosti

A – alkalijsko staklo

Tablica 2.3 [4] Osnovna mehanička svojstva pojedinih vrsta staklenih vlakana

Svojstvo E C S A

Gustoća [g/cm3] 2,54‐2,55 2,49 2,48‐2,49 2,5

Lomnost 1,547 1,541 1,523 1,512

Modul 

rastezljivosti72‐74 70 84‐88 72,5

Rastezna 

čvrstoća 

[N/mm2]

3,5 2,7‐3,1 4,6 2,414

Toplinska 

rastezljivost      

[10‐7/°C]

49‐60 70‐72 29‐50 90

Tip staklenog vlakna

Page 21: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

10

Tablica 2.4 [4] Osnovna mehanička svojstva pojedinih vrsta staklenih vlakana

Vrsta spoja E‐Staklo S‐staklo

Silicij dioksid 52‐56% 64‐66%

Kalcij Oksid 16‐25% 0‐0,3%

Aluminij Oxid 12‐16% 24‐26%

Bor Oksid 5‐10% ‐

Natrij i Kalij Oksid 0‐2% 0‐0,3%

Magnezij Oksid 0‐5% 9‐11%

Željezo Oksid 0,05‐0,4% 0‐0,3%

Titan Oksid 0‐0,8% ‐

Fluor 0‐1% ‐

U brodogradnji se najviše koristi E-staklo, te S-staklo koje ima 25% bolju tlačnu

čvrstoću, 40% veću vlačnu čvrstoću, 20% veći modul elastičnosti te 4% manju gustoću ali

zato mu je cijena 2 – 4 puta viša što ograničava njegovu upotrebu.

2.1.2 Ugljična vlakna 

Ugljična vlakna imaju od poznatih vlakana najvišu specifičnu krutost, vrlo visoku vlačnu i

tlačnu čvrstoću te vrlo visoku otpornost prema koroziji, puzanju i zamoru materijala. Njihova

žilavost je međutim niža od bilo staklenih ili aramidnih vlakana. Ugljična (karbonska) vlakna

se proizvode kontroliranom oksidacijom i karbonizacijom ugljikom bogatih organskih

predkursora koji su već u obliku vlakana. Najčešći predkursor je poliakrilonitril zato jer daje

najbolja svojstva ugljičnih vlakana, ali vlakna također mogu izrađena i od fenolnih smola ili

celuloze. Glavni nedostatak im je visoka cijena koja je funkcija visoke cijene proizvodnje

predkursora (potrošene energije u proizvodnji). Različitim postupcima karbonizacije

dobivamo različita mehanička svojstva vlakana.

Ugljična vlakna, s obzirom na njihove mehaničke karakteristike možemo klasificirati kao HS (High Strength – visoke čvrstoće), IM (Intermediate Modulus –umjerenog modula elastičnosti), HM (High Modulus – visokog modula elastičnosti) i UHM (Ultra High Modulus – vrlo visokog modula elastičnosti). U tablici 2.4 [3] mogu se vidjeti mehanička svojstva različitih vrsta ugljičnih vlakana.

Page 22: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

11

Tablica 2.5 [3] Svojstva različitih vrsta ugljičnih vlakana

Vlačni Modul [Gpa] Vlačna čvrstoća [Gpa]

T300 230 3,53

T700 235 5,3

HTA 238 3,95

UTS 240 4,8

34-700 234 4,5

AS4 241 4

T650-35 241 4,55

Panex 33 228 3,6

F3C 228 3,8

TR50S 235 4,83

TR30S 234 4,41

T800 294 5,94

M30S 294 5,49

IMS 295 4,12/5,5

MR40/MR50 289 4,4/5,1

IM6/IM7 303 5,1/5,3

IM9 310 5,3

T650-42 290 4,82

T40 290 5,65

M40 392 2,74

M40J 377 4,41

HMA 358 3

UMS2526 395 4,56

MS40 340 4,8

HR40 381 4,8

M46J 436 4,21

UMS3536 435 4,5

HS40 441 4,4

UHMS 441 3,45

Ugljičn

a vl

akna

HS

(<26

5GP

a)U

gljičn

a vl

akna

IM

(265

-320

Gpa)

Ugljičn

a vl

akna

HM

(32

0-44

0 G

pa)

Ugljična 

vlakna UHM 

(≈440 Gpa)

Razred

Page 23: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

12

2.1.3  Aramidna vlakna 

Aramidna vlakna počinju sa svojom upotrebom ranih sedamdesetih godina prošlog

stoljeća kao zamjena čeličnim žicama u automobilskim gumama. Naziv ARAMID dolazi od

naziva ARomatic polyAMID (Aromatski poliamid). To je organski polimer koji se proizvodi

predenjem čvrstih vlakana iz tekućeg stanja polimera. Izvrsne karakteristike aramidnih

vlakana su mala težina, visoka vlačna čvrstoća i visoki modul, otpornost na udar i zamor

materijala te mogućnost jednostavnog tkanja. Tlačna naprezanja aramida nisu tako dobro

izražena kao kod staklenih vlakana jer prikazuju nelinearno duktilno ponašanje na nižim

vrijednostima naprezanja.

Slika 2.1 [3] Aramidna vlakna

Sadržavaju visoka mehanička svojstva pri temperaturama od -200°C do +200°C. Podložna

su djelovanju jakih kiselina ali su postojana na otapala i druge kemikalije.

Aramidna vlakna u suvremenim mješavinama već nadomještaju čelik i aluminij. Jedna su

od osnovnih komponenata za izradu polimernih materijala gdje se traže izuzetna toplinska i

mehanička svojstva. Upotrebljavaju se u izradi zračnih i svemirskih letjelica, vojnoj industriji,

brodogradnji, građevinarstvu itd. [4].

Page 24: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

13

2.1.4 Hibridna vlakna 

Hibridna vlakna se rade od dvije ili više vrsti vlakana kako bi se postigla željena svojstva.

Najčešće korištena hibridna vlakna u brodogradnji i zrakoplovstvu su ugljično-staklena

vlakna. [4]

Hibridizacija se izvodi najčešće izravno u proizvodnji kompozitnog proizvoda, što

znači kombinaciju različitih vlakana u cilju postizanja željenih svojstava proizvoda. Ovaj tip

hibridnih vlakana upotrebljava se kako bi se promijenila sljedeća svojstva:

- poboljšanje udarne žilavosti

- sprečavanje galvanske korozije

- niža cijena

2.1.5 Keramička vlakna 

Keramička vlakna su anorganskog podrijetla i dolaze u različitim oblicima. Zanimljiva su

zbog visoke toplinske postojanosti i postojanosti na djelovanje vlage, te su općenito

primjereni za upotrebu u kompozitima koji su podvrgnuti ekstremnim opterećenjima. Sva

keramička vlakna se najviše upotrebljavaju s epoksidnim smolama, za proizvode industrijske

opreme koja je podvrgnuta teškim uvjetima. U sljedećoj tablici mogu se vidjeti najznačajnija

mehanička svojstva različitih tipova keramičkih vlakana.

Tablica 2.1 [3] Svojstva keramičkih vlakana

MaterijalRastezna čvrstoća 

[N/mm2]

Modul rastezljivosti 

[103 Nmm

2]

Gustoća 

[g/cm3]

RFC 1725 83‐103 2,7

Al oksid 1380 380 3,9

Bor 3520 400 2,45

S i C monofilament 3450‐4500 430 3

S i C ljuske 7000 690

S i C vlakna 2480‐3200 180‐210 2,56

Page 25: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

14

2.1.6 Usporedba najvažnijih svojstava vlakana 

Uspoređujući različite vrste vlakana jedne sa drugima možemo utvrditi da imaju različite

prednosti i nedostatke. Te prednosti odnosno nedostaci čine različite tipove vlakana više ili

manje pogodne za različitu upotrebu. U tablici 2.6 može se vidjeti usporedba najznačajnijih

karakteristika vlakana gdje A predstavlja odlično svojstvo, B osrednje, dok C označava loše

svojstvo.

Tablica 2.2 [3] Usporedba najvažnijih mehaničkih svojstava između vlakana

SVOJSTVO Aramidna vlakna Ugljična vlakna Staklena vlakna

Visoka vlačna čvrstoća B A B

Visoki vlačni modul B A C

Visoka tlačna čvrstoća C A B

Visoki tlačni modul B A C

Visoka savojna čvrstoća C A B

Visoki savojni modul B A C

Visoka udarna čvrstoća A C B

Visoka smična čvrstoća između laminata B A A

Visoka  smična čvrstoća u laminatu B A A

Niska gustoća A B C

Visoka otpornost prema zamoru materijala B A C

Visoka otpornost na požar A C A

Visoka termalna zaštita A C B

Visoka električna zaštita B C A

Niski koficijent toplinskog širenja A A A

Niska cijena C C A

Dijagram 2.2 odnosi naprezanja i deformacija različitih vrsta vlakana

Page 26: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

15

2.2 Matrica

Osnovna funkcija matrice:

Prenošenje opterećenja na vlakno

Odvajanje vlakana jednih od drugih u svrhu sprečavanja širenja pukotina u

materijalu

Formiranje vanjskog oblika kompozitne konstrukcije

Zaštita kompozita od utjecaja okoline

Matrice mogu biti polimerne (duromeri i plastomeri), ugljične, metalne, keramičke i

druge. Materijal matrice u pravilu mora ispuniti više funkcija, od kojih su neke ključne za

postizanje zadovoljavajućih performansi kompozita. Matrica ne smije kemijski reagirati sa

vlaknom i mora dobro prianjati uz vlakna. [6]

Tablica 2.3 [3] Mehanička svojstva materijala matrice

Tip matricegustoća 

[kg/m3]

Modul 

elastičnosti 

[Gpa]

Vlačna 

čvrstoća 

[Mpa]

Produljenje 

[%]

Poliester 1500 4,5 90 5

Vinil ester 1150 4 90 5

Epoksi 1400 6 130 8,5

Bizmaelimid 1320 3,6 78 6,6

Poliimid 1890 4,9 120 3

Polieter imid 1270 3 105 60

Poliamid imid 1400 5 95‐185 12‐18

PPS 1340 3,3 70‐75 3

PEEK 1320 ‐ 92‐100 150

Polisulfon (PS) 1240 2,5 70‐75 50‐100

Polipropilen (PP) 900 1‐1,4 25‐38 300

Polikarbonat (PC) 1200 2,4 45‐70 50‐100

Aluminij 2700 70 200 ‐

Ti‐6Al‐4V 4500 110 1000 ‐

Borosilikatno staklo 2300 60 100

MgO 3600 210‐300 97‐130 ‐

Al2O3 4000 360‐400 250‐300 ‐

SiC 3200 400‐440 310 ‐

Page 27: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

16

Svojstva matrice izrazito su važna za određivanje uzdužne tlačne čvrstoće, poprečne

vlačne čvrstoće kao i međuslojne posmične čvrstoće te se obično kaže da us ova svojstva

uvjetovana matricom. Svojstva matrice najčešće određuju i svojstva kompozita, kao i

ograničenja u primjeni. U slučaju izloženosti kompozita kemijskim utjecajima ili utjecajima

okoline, matrica je ta koja je prva izložena smanjenju mehaničkih svojstava, te njena svojstva

značajno određuju ponašanje kompozita. [1]

2.2.1 Polimerne matrice 

Polimerni matrice su u brodogradnji najviše korišteni tip matrica. Polimerne matrice

mogu biti:

Plastomerne – PA-poliamid, PE-polietilen, PP-polipropilen,

visokotemperaturni plastomeri (PEEK, PPS)

Duromerne – poliesterske smole, epoksidne smole, vinil-esterske smole,

fenolne smole, itd.)

Polimerne matrice povezuju komponente i određuju termotehničku postojanost

kompozita, zaštićuju ojačavalo od trošenja/abrazije i okoline, pomažu pri raspodjeli

nametnutog opterećenja budući da prenose naprezanja, te daju trajnost, međslojnu žilavost i

smičnu čvrstoću sustavu. [6]

Duromeri pri zagrijavanju stvaraju ireverzibilne kemijske veze među polimernim

lancima koji su međusobno snažno umreženi. Pri ponovnom zagrijavanju, oni ne mijenjaju

stanje već ostaju kruti sve dok se pod djelovanjem visoke temperature potpuno ne razgrade.

To znači da ih nije moguće reciklirati već samo mehanički usitniti čime se dobivaju granule

koje u sebi sadrže i vlakna i matricu. Za razliku od njih, plastomeri imaju svojstvo da se pri

hlađenju stvrdnjavaju, ali se pri ponovnom zagrijavanju razmekšavaju te ih je moguće

ponovno oblikovati što omogućuje popravljanje dijelova koji su izrađeni od ovih kompozita

kao i njihovo djelomično recikliranje.

Page 28: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

17

Duromerna matrica

Duromeri su polimeri koji se najčešće koriste kao matrice zbog relativno niže cijene,

niskih proizvodnih temperatura, niske viskoznosti pri proizvodnji te dobrog oplakivanja

vlakana. Najvažnije duromerne matrice su:

Epoksidne smole (EP)

Poliesterske smole (UP)

Vinil-esterske smole

Fenolne smole

Na sljedećim dijagramima mogu se vidjeti dva najvažnija svojstva smole, vlačna

čvrstoća i krutost, različitih tipova smola te odnos naprezanja i deformacija do loma.

Dijagram 2.3 [3] Vlačna čvrstoća i modul elastičnosti različitih vrsta smola

Dijagram 2.4 [3] Naprezanje-deformacija do loma različitih vrsta smola

Page 29: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

18

Epoksidne smole su najčešće upotrebljavane duromerne matrice zbog svojih dobrih

mehaničkih svojstava, dobre postojanosti na agresivne medije, visoke toplinske postojanosti,

lakog korištenja, a i dobro reagiraju s većinom vrsti vlakana. Glavni nedostaci jesu visoka

cijena proizvodnje u odnosu na ostale vrste duromernih smola, osjetljivost na vlagu, sporo

polemeriziranje, mala otpornost nekim organskim spojevima (organskim kiselinama i

fenolima) te relativno niska najviša temperatura primjene.

Poliesterske smole (zasićeni poliesteri) su linearni lančani polimeri. Poliesteri su

makromolekule na bazi diabazičnih kiselina (ortoftalna, izoftalna, tereftalna kiselina…) i

diola kao što su etilen glikol, propilen glikol, nepontil glikol, bisfenol itd. Nezasićene

poliesterske smole su najzastupljenije unutar grupe poliesterskih smola. [6]

Odlikuju se nizom dobrih svojstava koja su im u kratkom vremenu omogućila brzi

razvoj i široku primjenu u proizvodnoj industriji. Alati i kalupi su im jednostavni i razmjerno

jeftini, a izrađuju se od gipsa metala, drva te od epoksidne i poliesterske smole. Mogu se

prerađivati pri sobnoj temperaturi, a gotovi proizvodi su postojani i na visokim

temperaturama. Glavne prednosti su ovih materijala jesu mala početna viskoznost, mala cijena

početnih sirovina, jednostavna proizvodnja te izvrsna otpornost atmosferskim utjecajima.

Loše svojstvo jest to da im je polimerizacija vrlo egzotermna s visokim skupljanjem čime se u

procesu proizvodnje unose značajna zaostala naprezanja, krhkost te slaba kemijska otpornost

prema nekim spojevima.

Vinil-esterske smole su po svojstvima između epoksida i poliestera. Polimerizacija se

događa na relativno niskim temperaturama (kao kod poliestera), a konačna svojstva daju

dobru kemijsku otpornost kao kod epoksida uz jednostavnu proizvodnju te bolja mehanička

svojstva i bolje veze između vlakana i matrice u odnosu na poliestere. Imaju znatno veće

troškove proizvodnje nego poliesterske smole te znatno veće sakupljanje nego epoksidne

smole. [3]

Fenolne smole su toplinski postojane, samogasive, te tvrde. Imaju povišenu

postojanost prema utjecaju organskih otapala i kiselina. Nastaju polimerizacijom fenola uz

pomoć npr. Formaldehida. Relativno su krhke i slabijih mehaničkih svojstava od epoksidnih i

poliesterskih smola.

Page 30: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

19

Najčešće korištene smole u brodogradnji su epoksidne, poliesterske i vinilesterske. Na

dijagramu 2.5 [5] može se vidjeti upotreba različitih vrsta smola u brodogradnji.

Dijagram 2.5 [5] Upotreba različitih vrsta smola u proizvodnji brodograđevnih dijelova

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

Epoksidne smole za dijelove

Epoksidne smole za palube

Epoksidne smole za trup

Vinil‐esterske

 smole za dijelove

Vinil‐esterske

 smole za palube

Vinil‐esterske

 smole za trup

Isopoliesterska smola za dijelove

Isopoliesterska smola za palube

Isopoliesterska smola  za trup

Orthopoliesterska smola za dijelove

Orthopoliesterska smola za palube

Orthopoliesterska smola za trup

Page 31: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

20

2.3 Usporedba vlaknima ojačanih kompozita sa ostalim

konstrukcijskim materijalima

Kako bi predočili prednosti upotrebe kompozitnih materijala najbolje ih je usporediti sa

ostalim konstrukcijskim materijalima u brodograđevnoj industriji. U usporedbama koje slijede

prikazana su najvažnija mehanička svojstva kompozitnih materijala u usporedbi sa istim

svojstvima ostalih konstrukcijskih materijala.

Dijagram 2.6 [3] vlačna čvrstoća različitih vrsta konstrukcijskih materijala

Page 32: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

21

Dijagram 2.7 [3] vlačni modul različitih vrsta konstrukcijskih materijala

Page 33: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

22

Dijagram 2.8 [3] specifična gustoća različitih vrsta konstrukcijskih materijala

Prema dijagramima 2.6, 2.7 te 2.8 možemo reći da je njihova najvažnija prednost

visoki omjer čvrstoća/težina što ih čini idealnim za tako puno različitih primjena. Pogotovo se

to odnosi na mobilne strukture kao što su automobili, avioni i brodovi i to zbog toga što lakše

strukture igraju značajnu ulogu u smanjenju potrebne jačine pogonskih uređaja, što dalje

dovodi do ušteda u cijeni motora, njihovog održavanja i naravno potrošnje goriva, a time i

smanjenju emisije stakleničkih plinova .

Omjer čvrstoća/težina kompozitnih materijala u odnosu na druge konstrukcijske materijala se najbolje može vidjeti preko specifične vlačne čvrstoće odnosno specifičnog modula kao što je prikazano na dijagramima 2.9 i 2.10 Specifična čvrstoća odnosno specifični modul dobijemo kada podijelimo mehanička svojstva materijala sa njihovom gustoćom.

Page 34: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

23

Dijagram 2.9 [3] specifična vlačna čvrstoća različitih vrsta konstrukcijskih materijala

Dijagram 2.10 [3] specifična vlačni modul različitih vrsta konstrukcijskih materijala

Page 35: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

24

3.  Računalni program Lloyds register SSC v5.0.4 

Konstrukcija će se raditi u računalnom programu LR SSC v. 5.0.4. koji objedinjuje pravila

za gradnju specijalnih tipova brodova (brzi brodovi, višetrupni brodovi, velike jahte,

poludeplasmanske brodice) koje se grade od čelika, aluminijskih legura te kompozita.

Računalni program LR SSC namijenjen je kako proračunu konstruktivnih elemenata trupa i

nadgrađa, smještaju i opisivanju opreme i strojarnice kroz pravila Lloyds registra za

specijalne tipove brodova. Program objedinjuje pravila za tehnički nadzor i gradnju brodova

te služi kao jednostavniji pristup konstrukciji broda prema pravilima registra.

Prvo je potrebno definirati glavne karakteristike broda kao što je opisivanje forme,

odnosno glavnih dimenzija broda, područje plovidbe i hidrostatske karakteristike prema

kojima program računa opterećenja. Kako izgleda opterećenje po duljini broda izračunato od

strane programa može se vidjeti na slici 3.1. Projektni tlak je označen crvenom bojom dok je

žutom bojom označen forebody impact pressure, a zelenom bojom je bojom označen tlak od

posrtanja. Na slici 3.2 može se vidjeti glavni izbornik koji se nalazi sa lijeve strane dok je

desna strana rezervirana za tablicu koja se odabere u izborniku, prva odabrana tablica upravo

je i prikazana te ona služi za opisivanje forme

. Slika 3.1 Prikaz opterećenja na trup broda – LR SSC

Page 36: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

25

. Slika 3.2 Prikaz izbornika za unos osnovnih podataka o plovilu

Kada je brod definiran glavnim dimenzijama i hidrostatikom, slijedi određivanje

materijala gradnje. Softver dozvoljava različite materijale gradnje (čelik, aluminijske slitine,

kompozitni materijali). Kod kompozitnih materijala ulazi se u područje definiranja vrste i

količine gramature vlakana, ako se radi o sendvič konstrukcijama definira se i svojstvo jezgre

odnosno ako se radi o izboru metalnih materijala definiraju se njihova glavna mehanička

svojstva.

Kod kompozitnih materijala potrebno je definirati pojedine slojeve kao što su CSM-

stakleni mat, WR-roving ili UD-unidirekciona vlakna. Nakon definiranja pojedinih slojeva

potrebno je složiti laminate koji će se upotrebljavati u strukturi. Na gotovo isti način

definiraju se i ukrepljenja sa razlikom što je kod njih potrebno definirati veličinu ukrepe i

materijal ispune (ako postoji). Na slici 3.3 prikazan je izbornik za definiranje ukrepe od

staklpolastičnog kompozita ispunjenog poliuretanskom pjenom.

Page 37: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

26

. Slika 3.3 Prikaz izbornika za definiranje ukrepe

Kada su svi materijali i njihove karakteristike definirani može se pristupiti definiranju

konstruktivnih elemenata. Tako se na slici 3.4 može vidjeti što je sve potrebno za definiranje

oplate boka nadgrađa. To je uz već definirani laminat, razmak uzdužnih i poprečnih

elemenata, pozicija mjesta koje promatramo u odnosu na osnovicu, i naravno, projektno

opterećenje.

Isti princip kao za laminat koristi se i za provjeru naprezanja u ukrepljenjima, odnosno slojevima laminata oko ukrepljenja. Nakon što je proračun završen softver ispisuje izvještaj koji se šalje u registar na odobrenje.

Page 38: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

27

Slika 3.4 Prikaz tablice usporedbe stvarnih i dozvoljenih naprezanja

Page 39: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

28

4. Konstrukcija nadgrađa od stakloplastike 

4.1 Korišteni materijali

Laminat za izradu nadgrađa patrolnog broda sastoji se od staklenog mata, staklenog

rovinga i poliesterske smole.

Stakleni mat (pust) je staklena armatura koja se sastoji od isjeckanih, nasumice razbacanih

staklenih vlakana koja su međusobno slijepljena smolom. Izrađuje se u različitim debljinama,

a masa mu se kreće od 230 do 920 g/m2.

Prednosti mata su:

Niska cijena po kvadratnom metru i debljinama

Jednaka mehanička svojstva u svim pravcima

Dobra međulaminarna veza zbog međusobno dobrog povezivanja niti susjednih

slojeva

Primjenjiv kod formiranja kompliciranih oblika

Nedostaci mata su:

Debljina mata kod kontaktnog postupka ne može se stopostotno kontrolirati

Kod poliesterskih laminata za vrijeme sušenja uslijed polimerizacije dolazi do

stezanja pa krajnji sloj nije gladak nego se ocrtavaju vlakna

Kod kontaktnog postupka laminati imaju manje stakla nego laminati od rowinga,

što daje manji modul elastičnosti za jednake debljine

Kod kontaktnog postupka zbog pomicanja niti za vrijeme nanošenja smole, sadržaj stakla je neravnomjerno raspoređen a kontrola nije jednostavna

Page 40: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

29

Slika 4.1 Stakleni mat (pust)

Roving (hasura) je četvrtasto tkani materijal u dva međusobno okomita smjera. Niti su

osnova i potka koje su od guste pređe širine 3 do 6 mm. Niti osnove i potke su isprepletene

međusobno na način da svaka nit potke ide naizmjenično ispod i iznad osnove. Niti koje čine

osnovu nešto su deblje od niti potke te mogu biti isprepletene na različite načine kao što se

može vidjeti na slici 4.2 [3].

Slika 4.2 [3] Različite vrste tkanja rovinga

Prednosti Rovinga:

Lako oblaganje kalupa i lako rukovanje kod ručnog kontaktnog postupka

Dobivanje debljeg sloja laminata nego kod tkanine

Dobiva se veći sadržaj stakla kod ručnog kontaktnog postupka

Zbog guste pređe ima odličan otpor na udar

Page 41: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

30

Nedostaci rovinga:

Fine dovoljno kompaktne staklene niti pređe u hasuri su poteškoća za

odstranjenje vlage kao i za impregniranje uz pomoć smole. Zbog toga se

može stvoriti slaba veza između niti unutar pojedinih snopova pređe

Grubo tkanje rovinga može zadržati mjehuriće zraka i stvoriti šupljine koje

prouzrokuju porozne laminate koji omogućuju prodiranje vode. Ova pojava

naročito se primjećuje kod tanjih laminata

Velika usmjerena svojstva rovinga su ponekad i nedostatak zbog toga što

pravci ojačanja kod rovinga su u pravcu potke i osnove. Čvrstoća između tih

pravaca je znatno smanjena

Slika 4.3 Roving

Page 42: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

31

Prema pravilima LR SSC za mat je minimalni zahtijevani postotak staklenog ojačanja GC

= 0,33, dok je za roving GC = 0,5. Mehanička svojstva mata, odnosno hasure računaju se

prema postotku staklenog ojačanja prema sljedećim izrazima :

- Vlačna čvrstoća : 2

C C

2C C

200G 25 91,0 N/mm   ‐ za mat (G 0,33),

200G 25 125,0 N/mm  ‐ za roving (G 0,5). 

- Modul elastičnosti: 3 2

C C

3 2C C

(15 G 2) 10 6950 N/mm ‐ za mat (G 0,33),

(15 G 2) 10 12500 N/mm ‐ za roving (G 0,5).

- Tlačna čvrstoća: 2

C C

2C C

150G 72 121,5 N/mm  ‐ za mat (G 0,33),

150G 72 147 N/mm  ‐ za roving (G 0,5).

- Smična čvrstoća: 2

C C

2C C

80G 38 64,4 N/mm  ‐ za mat (G 0,33),

80G 38 78 N/mm  ‐ za roving (G 0,5).

- Modul smika: 3 2

C C

3 2C C

(1,7G 2,24) 10 2801 N/mm   ‐ za mat (G 0,33),

(1,7G 2,24) 10 3090 N/mm  ‐ za roving (G 0,5).

Za pust je odabrana gramature od 450 g/m2, dok je za roving odabrana gramatura od 610 g/mm2.

Page 43: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

32

4.2 Proračun konstrukcije od stakloplastike

S obzirom na projektna opterećenja proračunata programskim paketom SSC LR, dijelimo

nadgrađe na sljedeće grupe:

Bok (Crveno)

Paluba (Tamno zeleno)

Krov (Svijetlo zeleno)

Prednja strana (Plavo)

Stražnja strana i prednja pregrada (Smeđe)

Slika 4.4 3-D model nadgrađa – pogled sprijeda

Page 44: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

33

Slika 4.5 3-D model nadgrađa – pogled sa krme

Tablica 4.1 Konstrukcijski pritisci na pojedine dijelove strukture

Konstrukcijski pritisak kN/mm2

Opločenje Ukrepljenje

Bok 12,5 6,2

Pluba nadgrađa 7,8 3,9

Prednja strana 15,6 8,9

Stržnja strana 7,8 3,9

Krov 7,8 3,9

Područje

Strukturni elementi koji su korišteni za konstrukciju pojedinih grupa, kao što su

podijeljeni u računalnom programu LR SSC su:

Laminat_1 – sastoji se od 7 slojeva staklenog mata gramature 450 g/m2 i 5 slojeva

staklenog rovinga gramature 610 g/m2 ukupne debljine 10,232 mm

Laminat_2 – sastoji se od 13 slojeva staklenog mata gramature 450 g/m2 i 8

slojeva staklenog rovinga gramature 610 g/m2 ukupne debljine 18,058 mm

Ukrepa_1 – dimenzija 60x40x60 mm, sa jezgrom Divinycell H130 pjene, 6

slojeva staklenog mata gramature 450 g/m2 i 5 slojeva staklenog rovinga

gramature 610 g/m2

Ukrepa_2 – dimenzija 80x60x80 mm, sa jezgrom Divinycell H130 pjene, 6

slojeva staklenog mata gramature 450 g/m2 i 5 slojeva staklenog rovinga

gramature 610 g/m2

Page 45: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

34

Ukrepa_3 – dimenzija 85x70x85 mm, sa jezgrom Divinycell H130 pjene, 7

slojeva staklenog mata gramature 450 g/m2 i 5 slojeva staklenog rovinga

gramature 610 g/m2

Na sljedećim slikama mogu se vidjeti 3-d modeli pojedinih strukturnih grupa.

Bok se sastoji od sljedećih strukturnih elemenata:

Oplata – Laminat_1

Rebara boka - ukrepa_1 sa razmakom od 0,75m

Uzdužnjaci - ukrepa_1 sa razmakom od 1 m

Slika 4.6 3-D model polovice strukture boka

Paluba je građena od sljedećih strukturnih elemenata:

Oplata – Laminat_2

Sponje – ukrepa_2 sa razmakom od 0.75 m

Page 46: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

35

Podveza – Ukrepa_2 na razmaku od 1 m

Slika 4.7 3-D model strukture palube

Krov nadgrađa je građen od sljedećih strukturnih elemenata:

Oplata – Laminat_1

Sponje – Ukrepa_2 razmaknute 0,75 m

Podveza – Ukrepa_2 na CL-u

Slika 4.8 3-D model strukture krova nadgrađa

Page 47: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

36

Prednja strana se sastoji od sljedećih strukturnih elemenata:

Oplata – Laminat_1

Sponje – Ukrepa_3 na razmacima od 0,75 m

Uzdužnjaci – Ukrepa _1 na razmacima od 1,2 m

Slika 4.9 3-D model strukture krova nadgrađa

Page 48: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

37

Stražnji dio nadgrađa i pregrada u prednjem dijelu nadgrađa se sastoji od sljedećih

strukturnih elemenata:

Oplata stražnje dijela – Laminat_1

Vertikalna ukrepa na CL-u – Ukrepa_3

Horizontalne ukrepe – Ukrepa_1 na razmacima od 1 m

Slika 4.10 3-D model strukture stražnjeg dijela nadgrađa sa prednjom pregradom

Cijeli proračun, odnosno izvještaj se nalazi u prilogu na CD-u dok se konstrukcijski nacrti nalaze u Diplomskom radu po Prilozi.

Page 49: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

38

5. Konstrukcija trupa od naprednog kompozita 

5.1 Materijali i vrsta konstrukcije

Sendvič materijali (konstrukcije) sastoje se od tankih vanjskih slojeva spojenih ali

i razdvojenih, s lakim materijalom za popunjavanje kao što je npr. polimerna pjena.

Niti materijal za popunjavanje niti vanjski slojevi ne moraju biti čvrsti niti kruti a

sendvič posjeduje ta oba svojstva [2].

Danas se koriste tri vrste materijala jezgre:

Saćaste (honeycomb) strukture

Polimerne pjene

Sintaktički materijali

Polimerne pjene – Upjenjavati se može veći dio elastomernih, kao i neki

duromerni materijali, međutim najviše se koriste u tu svrhu Polivinil-klorid (PVC) i

polimetakrilimid, dok se rijeđe može naići i na polistiren i poliuretan. Gustoća i tlačna

čvrstoća nekih pjenastih jezgri prikazana je tablicom 4.1 [5]

Tablica 5.1 [5] Gustoća i čvrstoća jezgri od polimernih pjena

MaterijalGustoća 

(kg/mm3)

Tlačna čvrstoća 

(Mpa)

80 0,65

40 0,35

30 0,4

50 0,9

70 1,5

Poliuretan 64 0,38

Polistiren 32 0,24

PVC

Polimetakrilimid

Page 50: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

39

Saćaste strukture – (honeycomb) se najčešće proizvode od različitih aluminijskih

legura, staklenim vlaknima ojačanog kompozita, meta aramidnog papira, te raznih drugih

celuloznih papira koji mogu biti impregnirani polimernom matricom [5]. Na slici 4. [13]

možemo shematski izgled sendvič konstrukcije koja se sastoji od površinskih slojeva

(laminata) i jezgre u obliku pčelinjeg saća.

Slika 5.1 [13] Shematski prikaz saćaste sendvič konstrukcije

Sintaktički materijali – se sastoje od polimera punjenih mikrosferama sa svrhom

smanjivanja ukupne gustoće (mase) materijala. Za proizvodnju mikrosfera se koriste različite

vrste materijala: staklo, keramika, polimeri i ugljik. Iako je lakše proizvest kuglice preferiraju

se šuplje kuglice zbog svoje šupljine što rezultira manjom masom. U takvoj jezgri obično

40% - 50% volumnog udjela sačinjavaju mikrosfere, tako da specifična težina ukupnog

materijala iznosi oko 0,64 što je povoljnije na od oko 1,5 za čisti polimerni materijal.

Kao najčešće korišten materijal jezgre su PVC pjene, pa će se i ovdje koristiti.

Odabrana je PVC pjena Divinycell H100 čije karakteristike su sljedeće:

Gustoća → 96 g/cm3

Vlačna čvrstoća → 3,1 MPa

Page 51: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

40

Modul elastičnosti → 105 MPa

Tlačna čvrstoća → 1,7 MPa

Tlačni modul → 124,97 MPa

Smični modul → 1,33 MPa

Smična čvrstoća → 1,4 MPa

Kao Površinski sloj koristit će se laminat od E-stakla u slojevima mata gramature 450

g/m2 i rovinga gramature 610 g/mm2 povezan poliesterskom smolom. Na slici 5.2 može se

vidjeti kako izgleda već gotova jezgra debljine 50 mm koja se ugrađuje između laminata.

Slika 5.2 Divinycell H100 – jezgra

Page 52: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

41

5.1 Proračun konstrukcije od sendvič kompozita

Nadgrađe ostaje podijeljeno prema opterećenjima kao na slici 4.4, odnosno

konstrukcijski pritisci su jednaki kao i u tablici 4.1. Sastav sendvič strukture, debljine

pojedinih slojeva i mehaničke karakteristike materijala kako su definirani u računalnom

programu LR SSC mogu se vidjeti na slici 5.4. Kao što se vidi sendvič konstrukcija je

sastavljena od Divinycell jezgre debljine 50 mm, te stakloplastičnog laminata sastavljenog

od 4 sloja staklenog ojačanja (tri sloja mata-CSM i jedan sloj rovinga-WR), ukupna

debljina sendvič panela je 57,1 mm. Na slici 5.3 može se vidjeti sastav profila koji je

korišten za izradu okvira kako je definiran u računalnom programu LR SSC.

Slika 5.3 Struktura profila sa debljinama

Page 53: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

42

Slika 5.4 Struktura Sendviča sa debljinama i mehaničkim karakteristikama pojedinog sloja

Prema proračunu cijelo nadgrađe, odnosno opločenje svih dijelova nadgrađa, je od

istog sendvič profila. Okvir je također sastavljen od istog profila dimenzija 100x80x100 mm

laminiranog od stakloplastike, slojevi su prikazani na slici 5.3, ispunjenog Divinycell pjenom.

U tablici 5.2 prikazano je od kojih strukturnih elemenata se sastoji pojedina grupa te kako su

raspoređeni pojedini elementi. Postoje još i uzdužne ukrepe koje se nalaze na prednjoj strani,

zbog najvećeg tlaka. Na slici 5.4 može se vidjeti 3-D model polovice nadgrađa od sendvič

strukture.

Page 54: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

43

Tablica 5.2 Struktura nadgrađa

Element Razmak Ukrepe/Debljina Laminata

OpločenjeSendvič struktura ukupne debljine 57,1 mm (50 mm 

jezgra i 7,1 mm površinskog sloja

Rebro Okvir (100x80x100) na razmacima od 750 mm

Oplata Sendvič struktura ukupne debljine 57,1 mm (50 mm 

jezgra i 7,1 mm površinskog sloja

Sponja Okvir (100x80x100) na razmacima od 750 mm

Podveza Okvir (100x80x100) na CL

Oplata Sendvič struktura ukupne debljine 57,1 mm (50 mm 

jezgra i 7,1 mm površinskog sloja

Sponja Okvir (100x80x100) na razmacima od 750 mm

Podveza Okvir (100x80x100) na CL

Oplata Sendvič struktura ukupne debljine 57,1 mm (50 mm 

jezgra i 7,1 mm površinskog sloja

Rebro Okvir (100x80x100) na razmacima od 750 mm

Podveza Okvir (100x80x100) na CL

Uzdužni nosači Ukrepa (80x60x80) na razmacima od 1000 mm

Oplata Sendvič struktura ukupne debljine 57,1 mm (50 mm 

jezgra i 7,1 mm površinskog sloja

Horizontalne ukrepe Ukrepa (80x60x80) na razmacima od 1000 mm

Vertilkalna ukrepa Ukrepa (1000x80x1000) na CL

BOK

PALUBA

KROV

PREDNJA STRANA

STRAŽN

JA STRANA

Page 55: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

44

Slika 5.5 3-D model konstrukcije nadgrađa od sendvič konstrukcije

Cijeli proračun, odnosno izvještaj se nalazi u prilogu na CD-u dok se konstrukcijski

nacrti nalaze u Diplomskom radu pod prilog.

Page 56: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

45

6. Masa i centracija 

6.1 Masa i centracija stakloplastičnog nadgrađa

Za izračun mase i proračun centracije prema podacima izračunatim računalnim

programom LR SSC, a to su masa po jednom metru kvadratnom za panele i masa po jednom

metru duljine za ukrepe, potreban izrađen je model nadgrađa prema dostupnim nacrtima. Ti

podaci iz LR SSC se mogu jasno vidjeti na slici 5.1 gdje je prikazana tablica iz koje se može

očitat da je specifična masa laminata (Laminat_1) 15,545 kg/m2.

Slika 6.1 Tablica sa svojstvima laminata izračunata računalnim programom LR SSC

Mogu se pročitati još mehanička svojstva laminata kao što su:

Tlačni modul (Compressive Modulus)

Vlačni modul (Tensile Modulus)

Modul elastičnosti (Ultimate flexular strenght)

Postotak stakla u laminatu (Glass content)

Na slici 5.2 možemo vidjeti 3-d model konstrukcije nadgrađa iz kojega su izvučene

površine, odnosno duljine i težišta.

U Tablici mase i centracije se mogu vidjeti sljedeći podaci:

element konstrukcije nadgrađa,

vrsta elementa,

Page 57: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

46

površina odnosno težina elementa,

specifična težina,

masa,

položaj težišta

Momenti oko osi x odnosno y

Slika 6.2 3-D model nadgrađa od stakloplastike za proračun masa i centraciju

Page 58: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

47

Tablica 6.1 Masa i centracija nadgrađa od stakloplastike

Page 59: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

48

Na to još moramo dodati masu Gelcoat-a. Gelcoat je zaštitno dekorativni sloj laminata.

Osim što daje laminatu odgovarajući sjaj i boju o njemu ovisi i trajnost odljevka iz

stakloplastike jer je on izložen raznim nečistoćama, udarima, sunčevim zrakama, abraziji i

drugim mehaničkim djelovanjima. Kao zaštitni dekorativni sloj odabran je Vapal 4780

gelcoat koji ima masu po jednom metru kvadratnom od 700 g/m2. Ako znamo da nam je

površina laminata na koji se nanosi gelcoat 203 m2 lako se dobije masa gelcoat-a od 142,1 kg

što daje ukupna masa stakloplastičnog nadgrađa je 4541,7 kg.

6.2 Masa i centracija nadgrađa od Sendvič konstrukcije

Kao i u prethodnom poglavlju masu ćemo dobit pomoću podataka izračunatih u LR

SSC. Na sljedećim slikama mogu se vidjeti tablice sa površinskom gustoćom za oplatu,

odnosno sendvič laminat, te duljinska masa za ukrepe.

Slika 6.3 Tablica sa svojstvima sendvič laminata (LR SSC)

Slika 6.4 Tablica sa svojstvima Okvira (LR SSC)

Page 60: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

49

Proračun masa i centracija je proveden kao i kod stakloplastičnog nadgrađa osim što su promijenjene vrste elemenata i njihova svojstva. Kao što se vidi na gornjim slikama jedinična masa pojedinih elementa je kako slijedi:

Sandwich – 12,722 kg/m2

Ukrepa – 00,642 kg/m

Tablica masa i centracija nalaze se na sljedećoj stranici. Kao što se može vidjeti u njoj

nisu kao kod stakloplastčne konstrukcije razdvojene ukrepe, to je zato jer su kod sendvič

konstrukcije okviri rađeni od istog profila iste jedinične mase. Na sljedećoj slici može se

vidjeti model nadgrađa iz kojega si izvađene površine i težišta za proračun mase i centracije.

Slika 6.5 3-D model nadgrađa za proračun mase i centracije

Page 61: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

50

Tablica 6.2 Masa i centracija nadgrađa od Sendvič panela

Ukupna masa strukture nadgrađa od Sendvič konstrukcije iznosi 3800 kg. Što je još

značajnija ušteda kada znamo da na to ne trebamo dodavati nikakvu izolaciju.

Page 62: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

51

7. Protubalistička zaštita 

Kako u diplomskom zadatku nisu precizno definirani zahtjevi prema kojem se treba

izračunati protubalistička zaštita nadgrađa patrolnog broda, moramo prvo vidjeti moguće

prijetnje na koje ovaj tip broda može naići. Pretpostavimo da je brod predviđen za potrebe

hrvatske obalne straže. Kao takav brod glavne zadaće bi mu bile patroliranje nacionalnih voda

i ZERP-a. U takvim uvjetima najčešće prijetnje predstavljaju skupine krijumčara droge i

ljudi.

Kako je Hrvatska članica NATO-a tako možemo prema njihov standardima odrediti

stupanj prijetnje, a u svezi sa time i zaštite. Standard koji se primjenjuje kao određivanje

stupnja prijetnje odnosno zaštite za tu prijetnju je STANAG 4569 (Nato Standardization

Agreement). STANAG 4569 koji je prvenstveno namijenjen za oklopna vozila, a u kojem se

opisane procedure za ocjenjivanje stupnja zaštite za logistiku i laka oklopna vozila za

određene prijetnje. U sljedećoj tablici mogu se vidjeti različiti stupnjevi zaštite i vrste prijetnje

koje odgovaraju određenom stupnju zaštite (STANAG 4569).

Tablica 7.1 [5] Gustoća i čvrstoća jezgri od polimernih pjena

Stupanj 

prijetnjeVrsta streljiva

Brzina 

(m/s)Vrsta prijetnje

5 25mmx137 APDS‐T, PMB 073 1258 Automatski top, APDS streljivo

4 14,5 mmx114 AP/B32 911 Teška strojnica, AP streljivo

3 7,62 mmx51 AP (WC core) 930Jurišna puška i snajper , AP 

streljivo sa WC jezgrom

3 7,62 mmx54R B32 API 854Jurišna puška i snajper , AP 

streljivo sa WC jezgrom

2 7,62 mmx39 API BZ 695Jurišna puška, AP streljivo sa 

čeličnom jezgrom

1 7,62 mmx51 NATO ball 833 Jurišna puška, obično streljivo

1 5,56mmx45 NATO ball 900 Jurišna puška, obično streljivo

Page 63: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

52

Kako se radi o brodu za kontrolu nacionalnih voda te kojemu je glavna zadaća

sprječavanja upadanju krijumčara i ribara u gospodarski pojas, kao prijetnja će e uzeti viši

prvi stupanj, dakle jurišne puške sa običnim streljivom (7,62 mmx51 NATO ball). Na slici 6.1

[10] može se vidjeti slika jednog takvog metka karaj 5,56mmx45 NATO ball i AA baterije.

Slika 7.1 [10] Usporedba veličine streljiva sa AA baterijom

Stupanj protubalističke  zaštite  se prikazuje preko  „V50“ brzine.  “V50” ili “Velocity

50%” jest balistički test u kojem se višim i nižim brzinama ispaljuju metci sve dok ne počnu

prodirati kroz materijal. Brzina metaka kod koje 50% metaka prodre kroz materijal, a 50 % ne

prodre jest V50 brzina za taj stupanj balističke zaštite. Dakle V 50 je dobra gornja granica

zaštite, odnosno „točka pucanja“ oklopa [11]. Na slici 6.3 i 6.4 [12] može se vidjeti dobiveni

dijagram takvog testiranja za različite vrste vlakana s obzirom na gustoću i s obzirom na

debljinu kompozita odnosno gustoću kompozita.

Page 64: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

53

Slika 7.2 [12] Rezultati V50 testa s obzirom na gustoću za različite vrste kompozita

Slika 7.3 [12] Rezultati V50 testa s obzirom na debljinu kompozita za različite vrste kompozita

Page 65: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

54

Kao što se vidi na prethodnim slikama postoje različite vrste vlakana koje se koriste za

izradu protubalističke zaštite. S-2 staklo je 30 – 40 % jeftinije od ostalih navedenih vrsta

vlakana, a ima svojstvo da za istu debljinu kao i araimidi ima bolja protubalistička svojstva od

aramida. Zato razmotrimo upotrebu takvog materijala za protubalističku zaštitu nadgrađa.

Prema istraživanju iz [9] gdje se provodi testiranje, „The S2-Glass/phenolic HJ1

composite armour“, kompozitni oklop baziran na S-2 staklenom ojačanju sa fenolnom

smolom. Prema tome istraživanju osim same kompozitne konstrukcije potreban je i tvrdi

materijal iza nje kako bi zaustavio protuoklopni projektil. Vrste protubalističke zaštite

(konstrukcija Panela) s obzirom na V50 test i veličinu projektila odnosno stupanj zaštite

prema STANAG 4569, u odnosu na potrebnu gustoću S-2 kompozita, što se može vidjeti u

tablici 6.2 [9]. Osim toga za više stupnjeve zaštite je potrebna i keramička ploča ispred

kompozita kako bi zaustavila protuoklopni projektil.[9]

Tablica 7.2 [9] Rješenja S-2 protubalističku zaštitu prema STANAG 4569 stupnjevima prijetnje

Stupanj 

prijetnjeVrsta streljiva Konstrukcija panela V50(m/s)

Potrebna površinska gustoća 

kompozita (kg/m2)

5 25mmx137 APDS‐T, PMB 07388mm S‐2/25mm keramička 

ploča1258 276

4 14,5 mmx114 AP/B3216,5mm S‐2/15mm keramička 

ploča911 90,5

3 7,62 mmx51 AP (WC core) 8mm S‐2/keramička ploča 930 67,5

2 7,62 mmx39 API BZ 8mm S‐2/8mm keramička ploča 695 46,6

1 7,62 mmx51 NATO ball S‐2 833 48,2

1 5,56mmx45 M193 S‐2 937 38,4

Sada kada znamo površinsku gustoću možemo prema površini nadgrađa izračunati

težinu nadgrađa za pojedini stupanj prijetnje. Ako je ukupna površina nadgrađa 226,3 m2,

izračunata masa nadgrađa za različite stupnjeve prijetnje prema STANAG 4569 je prikazana

u tablici 6.3.

Page 66: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

55

Tablica 7.1 Masa nadgrađa za pojedine stupnjeve zaštite

Kao što se vidi prema tablici 7.1 masa raste sa stupnjem zaštite, što je bilo i za

očekivati. Kada bi se išlo na balističku zaštitu nadgrađa trebalo bi se vratiti na sami početak

projekta i analizirati utjecaj mase nadgrađa na otpor i stabilite, pošto su te razlike u masi

nadgrađa i više nego vidljive.

Stupanj 

prijetnjeKonstrukcija panela

Površinska gustoća 

kompozita (kg/m2)

Masa nadgrađa (kg)

588mm S‐2/25mm keramička 

ploča276 62458,8

416,5mm S‐2/15mm 

keramička ploča90,5 20480,15

3 8mm S‐2/keramička ploča 67,5 15275,25

28mm S‐2/8mm keramička 

ploča46,6 10545,58

1 S‐2 48,2 10907,66

1 S‐2 38,4 8689,92

Page 67: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

56

8. Spoj kompozitnog nadgrađa sa metalnim trupom 

Kompozitne strukture se često koriste za gradnju manjih brzih brodova, ali i sve češće se

ugrađuju u veće brodove gdje je potrebna ušteda u masi zbog zahtjeva u brzini. Spoj velikih

sendvič konstrukcija na čelične ili aluminijske strukture je zahtjevan posao. Kada se radi o

zakivanju, tada imamo povećanje cijene spoja sa većim brojem zakovica odnosno većom

strukturom. S druge strane vrlo je teško, ponekad i nemoguće, napraviti kvalitetan adhezijski

spoj u brodogradilištu i to zbog nečistoća koje se javljaju na spojnom mjestu, kontroliranja

temperature i vlage. [14]

Opterećenja koja utječu na spoj vlaknima ojačane strukture nadgrađa i metalne strukture

trupa, odnosno palube možemo podijeliti na tri vrste:

Lokalna opterećenja – bočni tlak i sile koje djeluju uslijed hidrostatičkog i

hidrodinamičkog tlaka, pritisak vjetra, težina strukture ili ubrzanja

Globalna opterećenja – deformacije i naprezanja u metalnoj strukturi uzrokovanih

momentom savijanja na mirnoj vodi, valnim opterećenjima i udaranjem u valove

Napetosti u materijalima koje nastaju pri visokim temperaturama, zavarivanje,

ukoliko postoje velike razlike toplinskih koeficijenata za materijale

Prema istraživanju provedenom u [14] su ponuđena 4 rješenja adhezijskog spoja koja su

primjenjiva u brodogradnji. Naravno podrazumijeva s da su sendvič strukture pripremljene u

izoliranoj okolini.

Page 68: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

57

Slika 8.1 [14] Različite vrste spojeva za sendvič strukture

Na slici 8.1 se mogu vidjeti različite vrste adhezijskog spoja kompozitne sendvič

strukture i metalnog profila koji se ugrađuje na mjestu proizvodnje sendvič panela te se

dopremi u brodogradilište i jednostavno zavari sa ostatkom metalne konstrukcije. Objasnimo

malo ta četiri spoja.

a) Prelaminirani spoj (Overlamineted) – metalni profil je spojen sa laminatom u

samom procesu laminiranja. Šuplji profil zamjenjuje materijal jezgre na rubu

panela. Geometrija profila je jednostavna, a može se izraditi od nehrđajućeg čelika

ili aluminija. [14]

b) Fleksibilan spoj (Flexible Joint Concept) – baziran je na vrlo fleksibilnom

(poliuretan) adhezivnom punjenju šupljine na kraju panela koja je napravljena

odstranjivanjem jezgre. Dvije su verzije takvog spoja, jedna za čelični profil druga

za aluminijski profil. Kod čeličnog profila kao vezivo se koristi jednokomponentni

Page 69: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

58

poliuretan, dok se kod aluminijskog profila kao dvokomponentno vezivo

poliuretan-elastomer. [14]

c) „Clevis“ – podesivi profil u ovom spoju čini moguće korištenje istog profila za

panele različitih debljina. Zbog kompliciranog oblika profila moguće je korištenje

samo ekstrudiranog aluminija.

d) Adhezivni spoj sa jezgrom visoke gustoće vezane na profil – spoje je pogodan

za čelične ravne profile, ali zbog puno stadija proizvodnje spoju raste cijena

Vezivo koje se koristi u konceptu Fleksibilnog spoja sa čeličnim profilom jest

jednokomponentno poliuretansko vezivo sa razvlačenjem do loma od 300%. Analiza takvog

fleksibilnog materijala zahtjeva specifična načine rješenja kao što se koriste kod analiza

gumenih struktura. Analiza ovakvog spoja je pokazala da spoj ima zadovoljavajuću čvrstoću

uspoređujući ga sa drugim spojevima. Jedna od prednosti ovakvog spoja je mogućnost

prigušenja vibracija.

Page 70: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

59

9. Usporedba  dobivenih  rezultata  sa  projektom 

patrolnog broda Bakar 

Dobivene rezultate (mase) izračunatih konstrukcija od stakloplastike i sendvič panela

uspoređenih sa dobivenom masom od strane tvrtke Adria-Mar brodogradnja d.o.o. za

masu nadgrađa od aluminijskih legura možemo vidjeti u sljedećoj tablici.

Tablica 9.1 Masa nadgrađa za pojedine stupnjeve zaštite

Materijal gradnje Masa nadgrađa (t)Povećanj/smanjenje u 

odnosu na AL‐nadgrađe (%)

Stakloplastika 4,5 ‐4,2

Sendvič paneli 3,8 ‐20

Aluminjiske legure 4,7 ‐

Protubalistička zaštita (1) 8,7 +85

Protubalistička zaštita (1 

viši stupanj)10,9 +132

Kao što se može vidjeti što se tiče konstrukcije nadgrađa od stakloplastike u usporedbi

sa aluminijskim nadgrađem nema znatne uštede, svega 4%, što je još manje ako znamo da

masa nadgrađa od aluminija sudjeluje u ukupnoj masi patrolnog broda Bakar svega 4%,

odnosno ima masu 50% zaliha (masa zaliha 10 t). Dakle ova ušteda na masi nema nikakav

utjecaj brzinu broda. Cijena gradnje aluminijem je 15 € po kilogramu, dok cijena gradnje od

stakloplastike varira od 5 do 24 € po kilogramu, ovisno o vrti tkanine, smole i postupcima

izrade. Prednosti gradnje od stakloplastike moramo tražiti u prednostima stakloplastike u

odnosu na aluminijske legure koji su navedeni u uvodnim razmatranjima o kompozitnim

materijalima, stoga navedimo najznačajnija:

- Bolja svojstva protiv zamora materijala

- Lakše i jednostavnije je održavanje i popravci

Page 71: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

60

Što se tiče konstrukcije nadgrađa od sendvič panela ono je u odnosu na aluminijsko, a s time i na staklopalstično, pridonijelo znatne uštede, ako se gleda isključivo na nadgrađe, od čak 20 %. Međutim kao što je već navedeno to je neznatna masa u odnosu na ukupnu masu broda od 123 t, odnosno ta ušteda u odnosu na masu punog broda je 2,5% što daje promjenu što također nema nikakav utjecaj otpor, odnosno brzinu. Prednosti dakako možemo tražiti u prednostima sendvič konstrukcije nad aluminijem.

Page 72: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

61

10. Zaključak 

U diplomskom zadatku je analizirana primjena kompozitnog nadgrađa na metalnom

trupu patrolnog broda. Što se tiče projekta Bakar male ili skoro nikakve uštede na masi, u

odnosu na cijeli brod, nisu primijećene. Međutim kako napreduje tehnologija izrade

kompozitnih materijala tako se iz dana u dan njihova cijena gradnje smanjuje te se tu treba

tražiti najviše prednosti takve primjene. Izuzev toga prednosti koje su navedene, kao što

su bolja svojstva na zamor materijala i jednostavnije održavanje, daju prednost

kompozitnim materijalima u odnosu na, u ovom slučaju aluminijske legure.

Što se tiče balističke zaštite, može se zaključiti da dolazi do rasta mase sa stupnjem

zaštite, što je bilo i za očekivati. Da bi se tako nešto moglo primijeniti potrebno je

napraviti analize zahtjeva na samom začetku projekta i vidjeti koji su stupnjevi zaštite

potrebni i na koji način (vrsta materijala) će se ta zaštita primijeniti kako bi se, zbog

porasta mase, mogle napraviti izmjene na formi broda.

Predložen je spoj sendvič kompozita sa metalnim trupom, fleksibilan spoj koji

prigušuje vibracije. Nije poznato koliko ih prigušuje jer za to bi trebalo ulaziti u dublje

analize spaja i naravno vibracija koje se javljaju na mjestu spoja.

   

Page 73: DIPLOMSKI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/1076/1/14_07_2010_Nikola_Matesa_diplomski.pdf · - Kompoziti sa polimernom matricom (FRP-Fiber Reinforced Plastics) – to je

Nikola Mateša Diplomski rad, 2010

62

12. Literatura 

[1] Ivica Smojver : Mehanika kompozitnih materijala, FSB, Zagreb, 2007.

[2] Filetin, Kovačiček, Indof: Svojstva i primjena materijala, FSB, Zagreb, 2002.

[3] SP System guide to composites

[4] Walter Kunej: Poliesterski kompoziti, Metalmineral d.d., Zagreb, 2006

[5] Eric Green Associates: Marine Composites Second Edition,

www.marinecomposites.com

[6] Mladen Šercer: Predavanja-prerada kompozitnih tvorevina, FSB, Zagreb,

2008/2009

[7] J. Indof, Đ. Španiček: Primjena sendvič konstrukcija na osnovi polimernih

materijala, FSB, Zagreb

[8] NATO-Military agency for standardization: STANAG 4569, 2004.

[9] Fecko, Lyle, Gambert: Composite armour solutions for STANAG 4569 balistic

protection levels, 2006.

[10] www.wikipedia.org

[11] www.booletprofme.com

[12] www.anmatiac.alionscience.com

[13] Indof, Španiček: Primjena sendvič konstrukcije u brodogradnji, XVI Simpozijum

Sorta, 2004.

[14] M. Hentinen, M. Hildebrand, M. Visuri: Adhesively bonded joints betveen FRP

sandwich and metal, Diferent concepts and their strenght behavieur, VTT,

Finland, 2007.